Conhecimentos Gerais do ensaio de dureza Brinell
O indentador no método de ensaio conforme Brinell é formado por uma esfera de metal duro com diâmetro D = 10; 5; 2,5 ou 1 mm. Ele é aplicado com a força de ensaio (conforme a norma de 1 kg até 3.000 kg) sobre a amostra e mantido em conformidade com o tempo de espera.
Para o cálculo da dureza Brinell é feita a medição de dois diâmetros perpendiculares da indentação de ensaio na superfície da amostra. Além do mais, são necessários a força de ensaio em N e o diâmetro do indentador esférico.
Procedimento do ensaio de dureza Brinell conforme ISO 6506
No ensaio de dureza conforme Brinell , um método sem contato, é feita a medição do tamanho da indentação causada pelo indentador. Em comparação ao método de Vickers, que também é um método sem contato e onde um indentador piramidal indenta uma amostra, o método de Brinell utiliza um indentador esférico.
Quanto maior a profundidade de indentação de um indentador Brinell com esfera de diâmetro definido e sob força de ensaio definida na superfície de uma peça de trabalho (uma amostra), tanto mais macio é material testado.
Conforme ISO 6506 a determinação da dureza conforme Brinell (HBW) é feita com o auxílio de um indentador esférico feito em metal duro (carboneto de tungstênio) o qual indenta a amostra (peça de trabalho) sob a carga de ensaio definida (entre 1 kgf e 3000 kgf).
O que a dureza Brinell indica?
A dureza Brinell é uma unidade de medição que indica a dureza de um material. Sua medição é feita por meio do método de dureza Brinell, no qual uma esfera feita de metal duro é pressionada no material. A medição do tamanho da indentação é realizada opticamente, para determinar a dureza do material.
A dureza Brinell é normalmente utilizada para materiais de grande granulometria, com superfície de ensaio rugosa ou para materiais não homogêneos, como por ex. peças fundidas, ligas e componentes forjados. Ela é definida como a razão entre a força aplicada e a área da superfície da indentação. A unidade da dureza Brinell é HBW (dureza conforme Brinell com uma esfera de carbeto de tungstênio).
Cálculo da dureza conforme Brinell
A dureza de Brinell HBW é o quociente da força de ensaio F (em Newton N) aplicada e da superfície da indentação permanente na amostra (a projeção da indentação) após a retirada da força de ensaio (ver a fórmula de Brinell). Para o cálculo da superfície da indentação esférica permanente é utilizado o valor médio aritmético d de duas diagonais d1 e d2 (em mm) perpendiculares entre si uma vez que a área de base das indentações conforme Brinell muitas vezes não é exatamente redonda.
Na prática a fórmula não é calculada para determinação do valor de dureza para cada um dos ensaios. A leitura do valor de dureza pode ser feita de forma alternativa em tabelas e/ou com o auxílio de um software de ensaio de dureza especialmente programado, os quais indicam para todos os diâmetros de esfera e cargas de ensaio normalizados o valor de dureza em dependência do diâmetro de indentação médio d .
A força de ensaio deve ser selecionada de modo que o diâmetro de indentação médio d se situa entre 0,24 D e 0,6 D.
Para poder observar estes limites é necessário conciliar a força de ensaio e o diâmetro da esfera. Dessa forma surgem diferentes graus de força (também chamados de graus de carga ou fatores de carga) dentro do método de Brinell, nos quais o quociente da força de ensaio e do quadrado do diâmetro da esfera é mantido constante: B = 0,102*F/D2. Os cinco graus de força comuns são 1, 2.5, 5, 10 e 30. O ensaio de um material com esferas de diferentes diâmetros e com diferentes forças de ensaio deve ser executado dentro do mesmo grau de força para obter resultados de medição diretamente comparáveis (ver Tabela "Métodos e Aplicações do ensaio de dureza conforme Brinell ").
O diâmetro da esfera deve ser selecionado de modo que a indentação de ensaio abrange a maior área possível do material e representativa para a amostra.
A carga de ensaio deve ser aumentada conforme a norma (ISO 6506) no intervalo de no mínimo dois até no máximo oito segundos para seu valor final. O tempo de atuação da carga de ensaio é normalmente de 10 até 15 segundos (s). Em caso de tempo de atuação maior o tempo em segundos deve ser indicado adicionalmente no valor de dureza, por ex.: 210 HBW 5/250/30 (tempo de atuação de 30 s).
Vantagens e desvantagens do ensaio de dureza por meio do método de ensaio Brinell
O método Brinell oferece as seguintes vantagens:
- Com o método Brinell podem ser feitos ensaios também de materiais não homogêneos (por ex. peças de fundição) visto que a esfera grande acerta muitos cristais (diferentes componentes da estrutura do material) e gera um valor médio mecânico.
- Uma variedade de forças de ensaio e diâmetros de esfera está disponível para as mais diferentes aplicações.
- Indentações de ensaio relativamente grandes facilitam a medição em comparação às indentações de Vickers com tendência de tamanhos menores.
- A superfície da amostra pode ser áspera.
O método Brinell possui as seguintes desvantagens:
- É necessária uma boa qualidade da superfície da amostra uma vez que a medição da indentação é feita de forma ótica. Isso significa que o local de ensaio deve ser preparado.
- Alto risco de deformação do material a ser testado nos ensaios na faixa macro com alta carga de ensaio (por ex. HBW 10/3.000) e, portanto, risco de erros de medição em decorrência de formação de paredão. Por esse motivo é importante a boa iluminação da indentação de ensaio para assegurar a correta avaliação da indentação de ensaio (por ex. por meio de anel de luz).
- Limitação da aplicação do método no caso de materiais muito duros e simultaneamente amostras finas (ver espessura mínima da amostra no método de Brinell).
- O método é demorado (em comparação ao método conforme Rockwell). A sequência de ensaio demora aprox. 30 até 60 segundos, sendo que o tempo de preparação das amostras não está incluído.
Exemplos de métodos e aplicações do ensaio de dureza Brinell
O método de Brinell é adequado para o ensaio de dureza de metais macios (metais leves, chumbo, estanho) até metais duros como aço e ferro.
O ensaio Brinell de um material com esferas de diferentes diâmetros e diferentes forças de ensaio deve ser executado dentro do mesmo grau de força (“Sequência do método de ensaio conforme Brinell“) para poder comparar diretamente os valores de dureza medidos.
A tabela a seguir demonstra os métodos de Brinell agrupados por grau de força, range de dureza correlacionado e aplicações recomendadas (materiais). Quanto maior o grau de força, tanto maior a dureza dos metais os quais podem e/ou devem ser testados com os métodos dentro de referido grau de força. O grau de força mais comum (fator de carga) é de HBW 30. Com os métodos de Brinell pertencentes a HBW 30 são testados metais duros como por ex. aço e ferro.
| Material | Método | Indentador | Força de ensaio F | Ponto de aplicação de carga 0,102 x F/D2 | Range de dureza HBW* |
|---|---|---|---|---|---|
| Aço / Ferro | HBW 1/30 | 1 mm | 294,2N | 30 | 95,5-653 |
| HBW 2,5/187,5 | 2,5 mm | 1,839 kN | |||
| HBW 5/750 | 5 mm | 7,355 kN | |||
| HBW 10/3000 | 10 mm | 29,42 kN | |||
| Metal level Cobre / liga de alumínio e de cobre Liga de alumínio | HBW 1/10 | 1 mm | 98,07 N | 10 | 31,8-218 |
| HBW 2,5/62,5 | 2,5 mm | 612,9 N | |||
| HBW 5/250 | 5 mm | 2,452 kN | |||
| HBW 10/1000 | 10 mm | 9,807 kN | |||
| Metal leve Cobre / liga de alumínio e de cobre sem tratamento térmico | HBW 1/5 | 1 mm | 49,03 N | 5 | 15,9-109 |
| HBW 2,5/31,25 | 2,5 mm | 306,5 N | |||
| HBW 5/125 | 5 mm | 1,226 kN | |||
| HBW 10/500 | 10 mm | 4,903, kN | |||
| Metais leves | HBW 1/2,5 | 1 mm | 24,52 N | 2,5 | 7,96-54,5 |
| HBW 2,5/15,625 | 2,5 mm | 153,2 N | |||
| HBW 5/62,5 | 5 mm | 612,9 N | |||
| HBW 10/250 | 10 mm | 2,452 kN | |||
| Metais leves Chumbo / Estanho | HBW 1/1 | 1 mm | 9,807 N | 1 | 3,18-21,8 |
| HBW 2,5/6,25 | 2,5 mm | 61,29 N | |||
| HBW 5/25 | 5 mm | 245,2 N | |||
| HBW 10/100 | 10 mm | 980,7 N | |||
* Range de dureza recomendado conforme EN ISO 6506-4, Tabela 2 | |||||
Distância mínima das indentações de ensaio e espessura mínima das amostras no método de Brinell
- No método de Brinelll as indentações de ensaio devem ser feitas de modo que existe distanciamento suficiente em relação à borda da amostra (aresta) e entre as respectivas indentações de ensaio. Os valores mínimos a serem observados conforme a norma se encontram no gráfico.
- A espessura mínima da amostra deve ser suficiente para impedir deformações visíveis causadas pela indentação de ensaio no lado inferior da amostra (área de apoio). Ou seja, a espessura da amostra deve ser conforma a norma no mínimo oito vezes a profundidade de indentação da esfera de Brinell. Uma estimativa da profundidade de indentação pode ser feita por meio do valor de dureza esperado, o qual, por sua vez, depende do diâmetro médio de indentação. Portanto, a espessura mínima da amostra pode ser derivada em função do diâmetro médio de indentação e do diâmetro da esfera do indentador de Brinell. Uma tabela detalhada para leitura da correspondente espessura mínima da amostra no método Brinell se encontra aqui:
| Diâmetro médio de indentação (mm) | Espessura mínima da amostra (mm) | |||
|---|---|---|---|---|
| Diâmetro da esfera (mm) | ||||
| 1,0 | 2,5 | 5,0 | 10 | |
| 0,2 | 0,12 | |||
| 0,3 | 0,18 | |||
| 0,4 | 0,33 | |||
| 0,5 | 0,54 | |||
| 0,6 | 0,80 | 0,29 | ||
| 0,7 | 0,40 | |||
| 0,8 | 0,53 | |||
| 0,9 | 0,67 | |||
| 1,0 | 0,83 | |||
| 1,1 | 1,02 | |||
| 1,2 | 1,23 | 0,58 | ||
| 1,3 | 1,46 | 0,69 | ||
| 1,4 | 1,72 | 0,80 | ||
| 1,5 | 2,00 | 0,92 | ||
| 1,6 | 1,05 | |||
| 1,7 | 1,19 | |||
| 1,8 | 1,34 | |||
| 1,9 | 1,50 | |||
| 2,0 | 1,67 | |||
| 2,2 | 2,04 | |||
| 2,4 | 2,45 | 1,17 | ||
| 2,6 | 2,92 | 1,38 | ||
| 2,8 | 3,43 | 1,60 | ||
| 3,0 | 4,00 | 1,84 | ||
| 3,2 | 2,10 | |||
| 3,4 | 2,38 | |||
| 3,6 | 2,68 | |||
| 3,8 | 3,00 | |||
| 4,0 | 3,34 | |||
| 4,2 | 3,70 | |||
| 4,4 | 4,08 | |||
| 4,6 | 4,48 | |||
| 4,8 | 4,91 | |||
| 5,0 | 5,36 | |||
| 5,2 | 5,83 | |||
| 5,4 | 6,33 | |||
| 5,6 | 6,86 | |||
| 5,8 | 7,42 | |||
| 6,0 | 8,00 | |||
